大型設(shè)備因高速回轉(zhuǎn)產(chǎn)生機械振動的綜合防治

1、大型設(shè)備因高速回轉(zhuǎn)產(chǎn)生機械振動的綜合防治胡志勇 （廈門興海灣監(jiān)理咨詢有限公司 361006 ）提 要機械振動的防治工作是一個系統(tǒng)化、綜合性的工程。本文主要介紹大型回轉(zhuǎn)設(shè)備工程在建設(shè)運行過程中應(yīng)如何采取有效防治措施以防設(shè)備因高速回轉(zhuǎn)產(chǎn)生激烈振動。關(guān)鍵詞機械振動、預(yù)防措施、軸系、動剛度。THE COMPREHENSIVE PRECAUTIONS AGAINST MECHANICAL VIBRATION OF GIANT MACHINE FOR HAI SPEED ROTATINGAbstract:The prevention of mechanical vibration is a systemi

2、c and synthetic preventive engineering.This paper introduce you how to take effective precautions against mechanical vibration of giant rotary machine during periods of construction and running.Key word:mechanical vibration, precautions,shafting,moving stiffness.1 引言機械振動可能造成的負面影響包括：降低機械設(shè)備的工作性能；加速機械零

3、部件的磨損；導(dǎo)致廠房和設(shè)備結(jié)構(gòu)的疲勞損傷；危害機器的安全運行；惡化人們的工作環(huán)境；甚至有可能因產(chǎn)生共振而引起廠房的倒塌事故。因此，有關(guān)技術(shù)人員必須認真對待機械振動問題，做好機械設(shè)備振動的防治工作，堅持以防為主的方針，采取科學(xué)、系統(tǒng)、綜合的防治措施，克服振動引起的危害。2 減小設(shè)備回轉(zhuǎn)運行時產(chǎn)生機械振動的理論途徑2.1 改善軸系的振動特性以圖1所示的簡單回轉(zhuǎn)體為例。yAyme²GtÒxOxB圖1、簡單回轉(zhuǎn)體示意圖轉(zhuǎn)軸的振動撓度 式中頻率比， 軸系轉(zhuǎn)動的圓頻率（rad/s）n軸系橫向振動固有頻率（rad/s） 上式說明：回轉(zhuǎn)體在臨界轉(zhuǎn)速附近運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的劇烈振動是一種不平衡離心慣

4、性力引起的共振現(xiàn)象；當不考慮回轉(zhuǎn)效應(yīng)和工作環(huán)境因素時，回轉(zhuǎn)體的臨界轉(zhuǎn)速在數(shù)值上與其橫向自振動的固有頻率相同。因此，軸系的振動特性包括偏心力和臨界轉(zhuǎn)速，要減少軸系的振動首先應(yīng)提高機械的制造精度和安裝精度，盡量使軸系中所有回轉(zhuǎn)體的重心不要偏離軸心；其次是使軸系的固有頻率遠離機器的轉(zhuǎn)動頻率，避免產(chǎn)生共振。防止軸系共振的關(guān)鍵是必須準確計算出軸系的臨界轉(zhuǎn)速。以圖2的單圓盤雙支承回轉(zhuǎn)體為例：mµLL圖2、單圓盤雙支承回轉(zhuǎn)體示意圖一階臨界轉(zhuǎn)速：軸的質(zhì)量（Kg）圓盤的質(zhì)量（Kg） L軸長支座形式系數(shù)，查表得=9.87從上式可以看出，軸的彈性模量和慣性矩越大，軸的質(zhì)量和圓盤質(zhì)量越小，軸的長度越短，則一

5、階臨界轉(zhuǎn)速越高。普通大型設(shè)備的運轉(zhuǎn)速度一般低于臨界轉(zhuǎn)速，因而一階臨界轉(zhuǎn)速越高，越有利于避開共振。2.2 提高機械結(jié)構(gòu)的動剛度動剛度是衡量機械結(jié)構(gòu)抗振能力的主要常用指標，它在數(shù)量上等于機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生單位振幅所需的動態(tài)力。通過科學(xué)的設(shè)計提高機械設(shè)備的動剛度可以增強機械結(jié)構(gòu)的抗振能力，從而減小振動。影響機械結(jié)構(gòu)的動剛度的主要參數(shù)是靜剛度k，阻尼和質(zhì)量m。對于受簡諧激振力的單自由度系統(tǒng)，動剛度的幅頻特性：上面式中激振力；A振幅；激振頻率；固有頻率；k靜剛度；阻尼。如圖3是受迫振動的動剛度幅頻特性曲線。圖3中曲線大致可分為三個區(qū)：準靜態(tài)區(qū)、共振區(qū)和慣性區(qū)。 準靜態(tài)區(qū)00.60.7動剛度主要取決于靜剛度 共

6、振區(qū)0.71.3 動剛度主要取決于靜剛度和阻尼，共振時動剛度值最?。?慣性區(qū)1.31.4,機械結(jié)構(gòu)主要取決于于它的質(zhì)量m：1.81.41.00.60.2=0=0.1=0.20 0.2 0.6 1.0 1.4 1.8 圖3、受迫振動的動剛度幅頻特性曲線從上面簡單的幅頻特性分析不難推斷，設(shè)備回轉(zhuǎn)軸系的動剛度在理論上可以通過以下方法得到提高：2.2.1 提高軸的靜剛度軸的靜剛度越大，則軸系的動剛度也越大，特別在準靜態(tài)區(qū)，動剛度主要取決于靜剛度。提高軸的靜剛度的直接辦法包括增加軸的直徑；提高制造材料的強度；縮短軸的長度。2.2.2 減小軸系的參振質(zhì)量在不降低輸出功率和結(jié)構(gòu)剛度的情況下，軸系參振質(zhì)量越小

7、則動剛度越大。減小軸系參振質(zhì)量的辦法主要包括：縮小軸系尺寸；采用高強度輕質(zhì)制造材料；盡量采用空心軸等等。2.2.3 增加阻尼增加阻尼可以提高軸系的動剛度，特別在共振區(qū)域附近效果最為明顯。為降低回轉(zhuǎn)設(shè)備的振動和噪音，可以考慮在機組結(jié)構(gòu)內(nèi)部安裝減振和隔振裝置。比如在轉(zhuǎn)軸表面鍍上一層減振薄膜；在機座上增加吸振或隔振裝置；采用吸振性能好的結(jié)構(gòu)材料等措施都可以降低機組的振動和噪音。綜合考慮軸的振動特性和動剛度影響參數(shù)，減小回轉(zhuǎn)機械設(shè)備軸系振動的主要理論途徑包括：提高制造和安裝精度，減小回轉(zhuǎn)體的偏心距；縮短軸系長度；減小軸系參振質(zhì)量；提高軸系（包括機座）的靜態(tài)剛度；增加吸振或隔振裝置材料等等。設(shè)備制造商、

8、設(shè)備使用單位、工程設(shè)計單位、工程施工單位都可以從上述幾個主要方面著手解決問題，達到控制和預(yù)防機械振動的目的。3. 防止大型設(shè)備因高速回轉(zhuǎn)產(chǎn)生激烈機械振動的工程措施 設(shè)備工程的機械振動的防治是一個系統(tǒng)化、綜合性工程。影響振動大小的工程因素包括廠房和設(shè)備基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備布局、設(shè)備性能、安裝精度、運行維護情況等。建設(shè)和使用單位應(yīng)采取全面、系統(tǒng)、綜合的措施，最大限度地減小振動，降低振動危害。下面簡要介紹防止大型設(shè)備在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生激烈振動的主要工程措施。3.1 制定科學(xué)合理的機械振動性能指標制定機械振動性能指標時應(yīng)考慮以下因素：符合時代生產(chǎn)技術(shù)水平；安全可靠要求；生產(chǎn)環(huán)境的最低要求；經(jīng)濟合理要

9、求；可測性和可控性要求。目前在普通的設(shè)備安裝工程設(shè)計里面很少明確提出特定的機械振動性能指標，噪音指標一般會提，但噪音只能是間接指標。是否可以把“動剛度”和“動載荷”作為機械振動性能指標，還有待相關(guān)部門進一步研究制定。3.2 論證廠房結(jié)構(gòu)在設(shè)備出現(xiàn)激烈振動的情況下是否安全廠房結(jié)構(gòu)的安全性論證的任務(wù)不僅要校驗廠房結(jié)構(gòu)和設(shè)備基礎(chǔ)能否滿足機械靜荷載和動荷載的總體要求，而且應(yīng)該盡可能準確核算出廠方結(jié)構(gòu)和設(shè)備系統(tǒng)的固有頻率，并驗證設(shè)備在各種運行工況的條件下是否存在共振的可能性，避免廠房同設(shè)備之間產(chǎn)生共振，造成結(jié)構(gòu)破壞，以至于發(fā)生安全事故。3.3 選擇合適的設(shè)備結(jié)構(gòu)形式和設(shè)備平面布局設(shè)備結(jié)構(gòu)形式和設(shè)備平面布

10、局對廠房的振動大小具有重要影響。不同的設(shè)備結(jié)構(gòu)形式，不僅拆裝的方便程度不同，其振動參數(shù)也不同，比如大型立式水泵機組軸系的動剛度一般不如臥式機組大，安裝難度也相對于臥式機組高，安裝精度較難保證，因此，在場地允許的條件下應(yīng)盡可能采用臥式機組。在總輸出功率相同的情況下，同一廠房平面盡可能不要安裝單臺機而采用多臺機，采用多臺機組的激振力迭加結(jié)果遠小于采用單臺機組；相同廠家、相同型號的設(shè)備盡可能不要集中安裝而最好是同其它型號或廠家的設(shè)備交錯分布，從而使得激振力最大限度地相互抵消。3.4 應(yīng)選擇振動性能較好的設(shè)備產(chǎn)品不同地區(qū)、不同廠商的技術(shù)和管理水平往往存在差別。在價格能夠接受的范圍內(nèi)，應(yīng)選擇有較好的技術(shù)

11、經(jīng)驗，產(chǎn)品信譽好的廠商。對于信譽良好的廠商，設(shè)備的供貨質(zhì)量較有保證，更有能力提供振動小、噪音低的設(shè)備產(chǎn)品。在評價設(shè)備產(chǎn)品的過程中，應(yīng)當把振動性能參數(shù)納入考慮范圍，設(shè)備結(jié)構(gòu)盡可能緊湊，參振質(zhì)量盡可能小，軸系盡可能短，軸系靜剛度盡可能大，同時，在必要條件下應(yīng)采取減振和隔振措施。3.5提倡對大型設(shè)備的設(shè)計和制造過程進行監(jiān)造大型設(shè)備同中小型設(shè)備有所不同，其造價昂貴，不太可能批量生產(chǎn)，一般以單臺或少量幾臺生產(chǎn)為主，生產(chǎn)質(zhì)量難于穩(wěn)定，出廠性能也難于與同類產(chǎn)品比較。因此，設(shè)備使用單位最好是委派專業(yè)技術(shù)人員對設(shè)備的整個設(shè)計和制造過程進行監(jiān)督、檢查、驗收，確保設(shè)備使用材料，零部件加工精度、設(shè)備組裝精度都達到要求

12、，并最終使設(shè)備出廠質(zhì)量包括振動性能參數(shù)符合設(shè)計指標要求。3.6 嚴格進行設(shè)備出廠質(zhì)量的檢查和到貨質(zhì)量的驗收設(shè)備質(zhì)量能否達到設(shè)計要求和供貨合同要求必須通過嚴格的檢查驗收才能確定。只有合格的產(chǎn)品，振動性能才有可能達標。對于大型設(shè)備，一般要等到現(xiàn)場安裝完成之后，在調(diào)試和試運行過程，通過現(xiàn)場的振動和噪音測量來確定振動性能指標是否被滿足。3.7 制定詳細的安裝規(guī)程和嚴格的檢查驗收制度大型設(shè)備的安裝難度高，設(shè)備結(jié)構(gòu)具有特殊性和復(fù)雜性，工藝水平要求也較高，因此，不同的大型設(shè)備應(yīng)制定相應(yīng)的安裝規(guī)程和驗收制度。3.8設(shè)備安裝之前應(yīng)進行廠房結(jié)構(gòu)和設(shè)備基礎(chǔ)的交接性驗收廠房結(jié)構(gòu)和設(shè)備基礎(chǔ)的強度應(yīng)滿足設(shè)備靜載荷與動載荷的要求。設(shè)備基礎(chǔ)的尺寸精度應(yīng)符合要求，否則，不合格的設(shè)備基礎(chǔ)尺寸直接影響設(shè)備安裝精度。3.9 嚴格控制設(shè)備的安裝精度安裝精度的好壞影響到設(shè)備的效率、振動，噪音和壽命。其中，直接影響回轉(zhuǎn)設(shè)備的振動性能的精度系數(shù)主要有軸系的同心度、轉(zhuǎn)輪的偏心度和軸系的配合度，這三方面精度應(yīng)重點加以控制。3.10 嚴格進行調(diào)試和試運行階段的性能測試設(shè)備調(diào)試和試運行階段的性能測試是檢驗設(shè)備性能的最終手段。對于振動性能測試，主要手段是監(jiān)測設(shè)備和廠房的振動幅度，同時把噪音作為間接指標，噪音越低，一般設(shè)備的振動也越小。3.11 對運行設(shè)備進行認真的維護保養(yǎng)設(shè)備運行階段應(yīng)加強